食品安全的捍衛者：質譜儀器偵測原理與方法的簡介
103/08/25
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20099
彭文平｜
國立東華大學物理學系
何彥鵬｜
國立東華大學物理學系
2013年媒體陸續報導混油、毒澱粉及塑化劑事件，廠商在食品中摻偽的行為造成大眾心理的恐懼。不過，魔高一尺、道高一丈，在科學儀器的幫助，判斷食品摻偽與否已經不是難事。
食品偵測方式須將樣品做液相或固相萃取等前處理，再經過液相層析(liquid chromatography, LC)、氣相層析(gas chromatography, GC)和毛細電泳(capillary electrophoresis, CE)三種方法分離樣品，之後將分離的物質游離化，送到偵測器來分析檢測。
偵測器常見的是質譜儀(mass spectrometer, MS)、紫外/可見光譜儀(UV/VIS spectroscopy)、核磁共振儀(nuclear magnetic resonance, NMR)與近紅外光譜法(near infrared spectrometry, NIR)等，其中質譜儀器的定量精密測量，扮演關鍵的角色，它能精確地量測食品中的微量化學物質，定量分析食品的摻偽，讓黑心廠商難以遁逃。
「質譜儀」是由物理學家及化學家J. J. Thomson和F. W. Aston設計研發出來，在1912年用來量測氖(Neon)的同位素，開啟了質譜儀的新紀元。質譜儀是由游離源、質量分析器和偵測器組成，並藉由儀控介面整合所有訊號，最後以軟體分析質譜圖，獲取分子的資訊。
質譜圖可以告知質荷比(mass-to-charge ratio)，藉由分析分子的質荷比及將分子解離而得到碎片(二次質譜；MS/MS)，便能知道分子的身分，由於質荷比與碎片的獨特性，質譜儀比較不會產生誤判。
樣品進入質譜儀之前，經由液相或氣相的層析分離，它的背景干擾已大幅下降，二次質譜的技術更能有效降低其他化學分子所造成的雜訊干擾，大幅提升偵測的靈敏度，所以，藉由準確的分子訊息及高靈敏度，質譜儀能有效地偵測食品中的微量化學物質。
不過，目前食品安全分析的方法，已逐漸從液相層析法轉變到液相層析串聯質譜儀技術(LC MS/MS)，文獻指出液相層析串聯質譜法能偵測到更多的訊號。液相層析是以管柱將分子分離，例如不同極性的抗生素在管柱內的分離效果不同，因此，可以在液相中分開，並經過離子化後，再導入質譜儀，從事質量、結構及定量分析。
至於液相層析串聯質譜儀，其分析器通常是採用三重四極柱式質譜儀(triple quadrupole mass spectrometer, QqQ)或離子阱質譜儀(ion trap mass spectrometer)等，質譜儀是以電場掃描來分離帶電離子，同時選擇特定質量的離子後，與惰性氣體做碰撞解離，再經過電場掃描得到二次質譜，這就是所謂的串聯質譜法，經過軟體運算後，得到分子的結構，之後再利用選擇性反應偵測法(selected reaction monitoring, SRM)來做定量分析，決定分析物在待測樣品中的含量，其原理是將樣品中微量化合物的濃度，與所量測的質譜訊號強度做關聯(correlation)。
例如，為了測出食品中是否含有鄰苯二甲酸酯類塑化劑(phthalate plasticizers)，可以運用液相層析串聯質譜儀來做定量偵測。首先，以塑化劑標準溶液的濃度中的對波峰面積製作檢量曲線，並將乳汁、奶粉及油脂等檢體經過萃取、淨化處理，透過液相層析分離，用電灑法(electrospray ionization)游離得到正離子，再經過串聯質譜法分析，以檢液的波峰所滯留時間及多重反應，偵測(一種選擇性反應偵測法)離子強度加以鑑別，根據檢量曲線求出檢體中塑化劑之含量(ppm, 1μg/g=1ppm)，飲料類、嬰幼兒食品、膠囊錠狀食品、乳汁及奶粉類的偵測極限為0.05 ppm，油脂類的偵測極限均為則在0.1 ppm，大於偵測極限即為檢出，低於偵測極限即為未檢出。
食品安全的問題，科學儀器的檢視是最重要的手段，可以直接保護民眾的生命及財產的安全，目前利用質譜儀進行的微量化學物質分析已有相當的結果與成效，更重要的是提升線上操作人員的檢驗技術能力，期使科學儀器成為偵防犯罪的最佳工具。（本文由科技部補助｢犯罪問題新媒體科普傳播實作計畫｣執行團隊撰稿/2014/07）
責任編輯：王曉玲｜青少年團契輔導
呂昕禹｜國立台灣大學生命科學系
審校：李大興｜國立東華大學物理學系
